一、概述
厭氧處理已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種高、中濃度的工業(yè)廢水處理中。雖然中、高濃度的廢水在相當(dāng)程度上得到了解決，但是當(dāng)污水中含有抑制性物質(zhì)時(shí)，如含有硫酸鹽的味精廢水在處理上仍有一定的難度。在厭氧處理領(lǐng)域應(yīng)用 最為廣泛的是uasb反應(yīng)器。
包含厭氧處理單元的水處理過(guò)程一般包括預(yù)處理、厭氧處理(包括沼氣的收集、處理和利用)、好氧后處理和污泥處理等部分，可以用圖1所示的流程表示。
二、uasb系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、預(yù)處理設(shè)施
一般預(yù)處 理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營(yíng)養(yǎng)鹽和ph調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無(wú)機(jī)的可沉固體，這對(duì)對(duì)于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(qiáng)調(diào)去除砂礫的重要性也不過(guò)分。不可生物降解的固 體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。
由于厭氧反應(yīng)對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對(duì)于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對(duì)水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆�；蚿h調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽(n、p)等；可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和藥劑，通過(guò)調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和作用。
同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用的物質(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧預(yù)處理的目的之 一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對(duì)于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完全的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)檫_(dá)到完全酸化后，污水ph會(huì)下降，需采用投藥調(diào)整ph值。另外有證據(jù)表明完全酸化對(duì)uasb反應(yīng)器的顆粒過(guò)程有不利的影響。對(duì)以下情況考慮酸化或相分離可能是 有利的：
1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；
2) 當(dāng)廢水存在有較高的ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生caco3結(jié)垢；
3) 當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷，對(duì)非溶解性組分去除有限時(shí)；
4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為5～10m2/孔即可。
2、uasb反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)
a) 負(fù)荷設(shè)計(jì)法
采用有機(jī)負(fù)荷(q)或水力停留時(shí)間(hrt) 設(shè)計(jì)uasb反應(yīng)器是目前最為主要的方法。一旦q或hrt確定，反應(yīng)器的體積(v)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計(jì)算。對(duì)某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
一般預(yù)處 理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化)池、營(yíng)養(yǎng)鹽和ph調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和無(wú)機(jī)的可沉固體，這對(duì)對(duì)于保護(hù)各種類型厭氧反應(yīng)器的布水管免于堵塞是必需的。當(dāng)污水中含有砂礫時(shí)，例如以薯干為原料的釀酒廢水，怎么強(qiáng)調(diào)去除砂礫的重要性也不過(guò)分。不可生物降解的固 體，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，反應(yīng)器池容的不斷減少最終將導(dǎo)致系統(tǒng)完全失效。
由于厭氧反應(yīng)對(duì)水質(zhì)、水量和沖擊負(fù)荷較為敏感，所以對(duì)于工業(yè)廢水適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)池，對(duì)水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)是厭氧反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。調(diào)節(jié)池的作用是均質(zhì)和均量，一般還可考慮兼有沉淀、混合、加藥、中和和預(yù)酸化等功能。在調(diào)節(jié)池中設(shè)有沉淀池時(shí)，容積需扣除沉淀區(qū)的體積；根據(jù)顆�；蚿h調(diào)節(jié)的要求，當(dāng)廢水堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽不夠需要補(bǔ)充堿度和營(yíng)養(yǎng)鹽(n、p)等；可采用計(jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿和藥劑，通過(guò)調(diào)節(jié)池水力或機(jī)械攪拌達(dá)中和作用。
同時(shí)，酸化池或兩相系統(tǒng)是去除和改變，對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用的物質(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和可生化性也是厭氧預(yù)處理的主要手段，也是厭氧預(yù)處理的目的之 一。僅考慮溶解性廢水時(shí)，一般不需考慮酸化作用。對(duì)于復(fù)雜廢水，可在調(diào)節(jié)池中取得一定程度的酸化，但是完全的酸化是沒有必要的，甚至是有害處的。因?yàn)檫_(dá)到完全酸化后，污水ph會(huì)下降，需采用投藥調(diào)整ph值。另外有證據(jù)表明完全酸化對(duì)uasb反應(yīng)器的顆粒過(guò)程有不利的影響。對(duì)以下情況考慮酸化或相分離可能是 有利的：
1) 當(dāng)采用預(yù)酸化可去除或改變對(duì)甲烷菌有毒或抑制性化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)；
2) 當(dāng)廢水存在有較高的ca2+時(shí)，部分酸化可避免顆粒污泥表面產(chǎn)生caco3結(jié)垢；
3) 當(dāng)處理含高含懸浮物和/或采用高負(fù)荷，對(duì)非溶解性組分去除有限時(shí)；
4) 在調(diào)節(jié)池中取得部分酸化效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)池的合理設(shè)計(jì)取得。例如，上向流進(jìn)水方式，在反應(yīng)器底部形成污泥層(1.0m)。底部布水孔口設(shè)計(jì)為5～10m2/孔即可。
2、uasb反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)
a) 負(fù)荷設(shè)計(jì)法
采用有機(jī)負(fù)荷(q)或水力停留時(shí)間(hrt) 設(shè)計(jì)uasb反應(yīng)器是目前最為主要的方法。一旦q或hrt確定，反應(yīng)器的體積(v)可以很容易根據(jù)公式(1或2)計(jì)算。對(duì)某種特定廢水，反應(yīng)器的容積負(fù)荷一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
v = qso/q (1)
v =kq.hrt (2)
式中： q---廢水流量，m3/d；
so---進(jìn)水有機(jī)物濃度，gcod/l或gbod5/l。
so---進(jìn)水有機(jī)物濃度，gcod/l或gbod5/l。
表１給出不同類型廢水國(guó)內(nèi)外采用uasb反應(yīng)器處理的負(fù)荷數(shù)據(jù)，需要說(shuō)明的是表中無(wú)法一一注明采用的預(yù)處理?xiàng)l件和厭氧污泥類型等情況，這些條件對(duì)選擇設(shè)計(jì)負(fù)荷是至關(guān)重要的。下表供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參考，選用前必須進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)一步查詢有關(guān)的技術(shù)資料。
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表1國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)性u(píng)asb裝置的設(shè)計(jì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表 | |||||||||
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序號(hào) |
廢水類型 |
負(fù)荷kgcod/m3·d(國(guó)外資料) |
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負(fù)荷kgcod/m3·d(國(guó)內(nèi)資料) |
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平均 |
最高 |
最低 |
廠家數(shù) |
平均 |
最高 |
最低 |
廠家數(shù) | ||
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1 |
酒精生產(chǎn) |
11.6 |
15.7 |
7.1 |
7 |
6.5 |
20.0 |
2.0 |
15 |
|
2 |
啤酒廠 |
9.8 |
18.8 |
5.6 |
80 |
5.3 |
8.0 |
5.0 |
10 |
|
3 |
造酒廠 |
13.9 |
18.5 |
9.9 |
36 |
6.4 |
10.0 |
4.0 |
8 |
|
4 |
葡萄酒廠 |
10.2 |
12.0 |
8.0 |
4 |
|
|
|
|
|
5 |
清涼飲料 |
6.8 |
12.0 |
1.8 |
8 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
12 |
|
6 |
小麥淀粉 |
8.6 |
10.7 |
6.6 |
6 |
|
|
|
|
|
7 |
淀粉 |
9.2 |
11.4 |
6.4 |
6 |
5.4 |
8.0 |
2.7 |
2 |
|
8 |
土豆加工等 |
9.5 |
16.8 |
4.0 |
24 |
|
|
|
|
|
9 |
酵母業(yè) |
9.8 |
12.4 |
6.0 |
16 |
6.0 |
6.0 |
6.0 |
1 |
|
10 |
檸檬酸生產(chǎn) |
8.4 |
14.3 |
1.0 |
3 |
14.8 |
20.0 |
6.5 |
3 |
|
11 |
味精 |
|
|
|
|
3.2 |
4.0 |
2.3 |
2 |
|
12 |
再生紙,紙漿 |
12.3 |
20.0 |
7.9 |
15 |
|
|
|
|
|
13 |
造紙 |
12.7 |
38.9 |
6.0 |
39 |
|
|
|
|
|
14 |
食品加工 |
9.1 |
13.3 |
0.8 |
10 |
3.5 |
4.0 |
3.0 |
2 |
|
15 |
屠宰廢水 |
6.2 |
6.2 |
6.2 |
1 |
3.1 |
4.0 |
2.3 |
4 |
|
16 |
制糖 |
15.2 |
22.5 |
8.2 |
12 |
|
|
|
|
|
17 |
制藥廠 |
10.9 |
33.2 |
6.3 |
11 |
5.0 |
8.0 |
0.8 |
5 |
|
18 |
家畜飼料廠 |
10.5 |
10.5 |
10.5 |
1 |
|
|
|
|
|
19 |
垃圾濾液 |
9.9 |
12.0 |
7.9 |
7 |
|
|
|
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b) 經(jīng)驗(yàn)公式方法
lettinga等人采用同樣經(jīng)驗(yàn)公式描述不同厭氧處理系統(tǒng)處理生活污水hrt與去除率(e)之間的關(guān)系，并且對(duì)不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出了參數(shù)值。
lettinga等人采用同樣經(jīng)驗(yàn)公式描述不同厭氧處理系統(tǒng)處理生活污水hrt與去除率(e)之間的關(guān)系，并且對(duì)不同反應(yīng)器處理生活污水的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出了參數(shù)值。
式中：c1 ,c2——反應(yīng)常數(shù)。
c) 動(dòng)力學(xué)方法
許 多研究者致力于動(dòng)力學(xué)的研究，henxen和harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過(guò)程重要的動(dòng)力學(xué)常數(shù)(見表2)。 到目前為止，動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過(guò)程中成為有力的工具，通過(guò)評(píng)價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的唯一的選擇。
許 多研究者致力于動(dòng)力學(xué)的研究，henxen和harremoes(1983)根據(jù)眾多研究結(jié)果匯總了酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵過(guò)程重要的動(dòng)力學(xué)常數(shù)(見表2)。 到目前為止，動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，還沒有使它能夠在選擇和設(shè)計(jì)厭氧處理系統(tǒng)過(guò)程中成為有力的工具，通過(guò)評(píng)價(jià)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)方法現(xiàn)在仍是設(shè)計(jì)和優(yōu)化厭氧消化系統(tǒng)的唯一的選擇。
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表2 厭氧動(dòng)力學(xué)參數(shù)(henxen和harremoes，1982) | ||||
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培養(yǎng) |
mm(d-1) |
y(mgvss/mgcod) |
km[mgcod/(mgvss?d)] |
ks(mgcod/l) |
|
產(chǎn)酸菌 |
2.0 |
0.15 |
13 |
200 |
|
甲烷菌 |
0.4 |
0.03 |
13 |
50 |
|
混合培養(yǎng) |
0.4 |
0.18 |
2 |
--- |
3、uasb反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)
1) 反應(yīng)器的體積和高度
采用水力停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，體積(v)按公式(1)或(2)計(jì)算。選擇反應(yīng)器高度的原則是設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)上綜合考慮的結(jié)果。從設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面考慮：高度會(huì)影響上升流速，高流速增加系統(tǒng)擾動(dòng)和污泥與進(jìn)水之間的接觸。但流速過(guò)高會(huì)引起污泥流失，為保持足夠多的污泥，上升流速不能超過(guò)一定的限值，從而 使反應(yīng)器的高度受到限制；高度與co溶解度有關(guān)，反應(yīng)器越高溶解的co濃度越高，因此，ph值越低。如ph值低于最優(yōu)值，會(huì)危害系統(tǒng)的效率�！ 慕�(jīng)濟(jì)上 考慮: 土方工程隨池深增加而增加，但占地面積則相反；考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷匦螚l件，一般將反應(yīng)器建造在半地下減少建筑和保溫費(fèi)用。最經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)器高度(深度)一般 是在4到6m之間，并且在大多數(shù)情況下這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運(yùn)行范圍�！ �(duì)于uasb反應(yīng)器還有其他的流速關(guān)系(圖2)。對(duì)于日平均上升流速的推薦值見表 3，應(yīng)該注意對(duì)短時(shí)間(如2～6h)的高峰值是可以承受的(即暫時(shí)的高峰流量可以接收)。
usab反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)，廢水由反應(yīng)器底部均勻泵入污泥訂區(qū)，與厭氧污泥充分接觸反應(yīng)，有機(jī)物被厭氧微生物分解成沼氣。液體、氣體與固體形成混合液流上升至三相分離器，使三者很好地分離，使80%以上的有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為沼氣，完成廢水處理過(guò)程�！�
應(yīng)用特點(diǎn)
<> 高ｃｏｄ負(fù)荷（５－１０kgcodcr/m^3/d)
<> 可產(chǎn)生高沉降性能的顆粒污泥
<> 可以產(chǎn)生能源（沼氣）
<> 運(yùn)行費(fèi)用低
<> 高可靠性
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